[发明专利]陶瓷材料、烧结陶瓷和由其制成的元件、制造方法和陶瓷的应用

说明书

技术领域

LTCC(低温共烧陶瓷)工艺可以用来实现具有多个金属化平面的 陶瓷多层元件，其中可以集成有多个无源器件如印制导线、电阻、电容 和电感器。因此在LTCC陶瓷基底里可以实现电路和包括有这些电路的 元件。

背景技术

LTCC工艺可以使电容的集成越强，那么所应用的陶瓷材料的介电 常数越高。另一方面，介电常数太高对于电感器的集成是不利的，因此 必须对于有关陶瓷的介电常数的选择进行优化。其它对于陶瓷材料的要 求在于足够低的烧结温度，以便可以应用成本低的电极材料，例如由银 制成。除此之外陶瓷材料应该具有其介电性能和其余性能的低的温度历 程，以便可以在宽的温度间隔中使用按LTCC工艺制成的元件，而不会 使材能有不许可的变化。

以前还没有这样的陶瓷材料，它在足够低的烧结温度时介电常数大 于20，或者其介电常数具有必要的温度稳定性，而且它可以采用LTCC 工艺来进行加工。

发明内容

本发明的任务因而是提出一种陶瓷材料，由该材料可以实现所述类 型的元件，而并无所提到的缺点。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的陶瓷材料来解决。本发明 的有利构造方案，一种由该材料制成的烧结陶瓷、一种由该陶瓷制成的 元件，以及制造方法和优选的应用都可以见其它的权利要求。

提供了一种陶瓷材料，它由两个纯相A相和B相的混合物组成。相 混合物的组成为xA+(1-x)B，其中0<x<1。A相是Bi₃NbO₇的一种 立方体至四面体变体。B相基于Bi₂(Zn_2/3Nb_4/3)O₇系的一种单斜晶的烧绿 石变体。在混合物中，这两个A相和B相分别形成纯相区域。

根据确定了纯相的晶体结构的所述基本组成成分，两个相中的每个 相因此是可以变化的，因此在整个材料中的元素Bi、Zn和Nb分别直至 30摩尔百分比的份额被其它的金属代替。除此之外铌可以完全用钽代 替。其它以替代方式按份额存在的金属优选这样来选择，即它们在类似 的原子直径时具有相同的或者类似的原子价，从而它们可以没有问题地 在其晶格位置上代替原始元素，或者相应的结晶相不会有过大的晶格变 形。

直至30摩尔百分比份额的铋尤其可以通过一种或多种元素来代替， 上述元素由以下选择：Ca、Sr、Ba、Pb、Cd、Y、La和原子序数从58 至71的稀土元素。相应的元素代替不会在两个结晶学的A相和B相里 引起晶体变体的改变。

在B相里，直至30摩尔百分比的锌可以通过一种或多种元素来代 替，所述元素从以下选择：Mg、Ca、Co、Mn、Ni、Fe、Cr和Cu。这 里通过相应的替代也并不影响晶体变体。

元素铌可以在两个纯相的任意一个相中直至30摩尔百分比的份额 通过一种或多种元素来代替，所述元素可由以下元素中选择：Sn、Ti、 Hf、Sb、Ta、V、W和Mo。这些替代也并不引起晶体变体的改变。此 外Nb完全可以替换Sb，纯相或者混合相中的相不会因此而改变。

所提供的陶瓷材料的有利的组成成分可以在三种元素Zn-Nb-Bi的 相图中通过四个构成了四角形的点A、B、C、D来确定。位于四角形之 内的组成成分按照本发明是很好适合的，并且尤其具有适合的低的烧结 温度，足够高的介电常数和高的介电品质。四个点A至D如下通过它们 在陶瓷材料中以摩尔百分比所说明的份额来确定：

A：Zn＝4.0；Nb＝30.0；Bi＝66.0

B：Zn＝7.8；Nb＝25.0；Bi＝67.2

C：Zn＝16.0；Nb＝30.0；Bi＝54.0

D：Zn＝15.0；Nb＝35.0；Bi＝50.0

由所述的材料，在烧结温度低于960℃，有利地局部甚至低于900℃ 时可以烧结陶瓷物体。可以得到的陶瓷的介电常数在65和95之间。这 样的陶瓷同时可以具有大于800的介电品质，分别在测量频率为1千兆 赫时测定。